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      科研進展

      廣州健康院揭示新冠康復者刺突蛋白特異性共享抗體圖譜

      發表日期:2023-12-27來源:放大 縮小

        近日,中國科學院廣州生物醫藥與健康研究院呼吸疾病全國重點實驗室、廣州醫科大學、廣州國家實驗室等單位合作在Emerging Microbes & Infections發表題為Deep immunoglobulin repertoire sequencing depicts a comprehensive atlas of spike-specific antibody lineages shared among COVID-19 convalescents的研究論文。該研究基于深度抗體組庫測序、抗體組學和結構分析,繪制了迄今為止最為全面的新冠康復者刺突蛋白特異性共享抗體圖譜。

        靶向新冠病毒(SARS-CoV-2)刺突蛋白(Spike)的中和抗體是保護性體液免疫的關鍵組成部分,全面剖析SARS-CoV-2感染誘導的中和抗體庫的組成對于疫苗設計和評價具有重要科學意義。此前該領域研究主要基于傳統的血清學和細胞生物學方法,為疫苗的設計和改進提供了重要理論基礎。而在Spike整體水平或在亞結構域(RBD、NTD 或 S2)水平上分析特異性抗體反應,無法區分靶向特定表位的抗體組成。雖然此前有研究嘗試使用優化的血清學方法利用線性肽來繪制SARS-CoV-2刺突蛋白不同表位抗體譜,然而這些方法僅適用于研究線性表位,無法表征靶向構象表位的抗體。為了克服上述障礙,我們使用高通量免疫球蛋白測序(IR-seq)來分析抗體庫,為SARS-CoV-2感染后的系統B細胞反應應答機理提供獨特的視角http://gibh.cas.cn/xwdt/kydt/202202/t20220224_6372075.html。在本研究中,團隊通過將IR-seq與結構生物學和生物信息學相結合,建立了一種分析IR-seq抗體助學分析方法。分析了靶向SARS-CoV-2刺突蛋白上特定中和表位的抗體譜系的豐度和人群共享度的 定量關系(圖1)。基于該方法,研究人員首先利用252個已解析結構的Spike特異性人源單克隆抗體,繪制了識別Spike的中和表位。研究發現中和抗體的識別位點與刺突蛋白受體結合域(RBD)上的突變熱點之間高度重疊,提示中和抗體對RBD的強選擇壓力。

        研究團隊通過對33名新冠早期感染康復者和24名健康個體的抗體重鏈庫進行深度測序,獲得3.6億條抗體重鏈序列。通過將2677個刺突蛋白特異性抗體與測序的3.6億條序列進行抗體譜系聚類,鑒定出329個人群共享的Spike特異性抗體克隆型。進一步對這些共享抗體的表位進行表征,發現共享抗體不僅靶向RBD和NTD上的優勢中和表位,還靶向S2上的非中和表位。值得注意的是,研究發現靶向Spike的共享抗體譜系具有胚系基因偏好性。靶向RBD上的ACE2受體結合區域的抗體譜系如IGHV3-53/3-66、IGHV1-58和IGHV1-69等表現出顯著的免疫應答優勢,在新冠感染人群中分布最廣、豐度最高。與健康個體的抗體組庫比較,發現中和抗體反應的免疫優勢Naïve B細胞庫中Spike特異性前體B細胞的頻率和豐度所決定。提示評估免疫前抗體組庫的組成可以預測接種疫苗后抗體應答水平的強弱。對新冠康復者的抗體組庫進行長達一年的追蹤,發現329個Spike特異性抗體共享克隆型中,只有28個克隆型在外周血中持續存在至少12個月,表明感染早期誘導的特異性抗體譜系只有10%左右能夠形成長期的免疫記憶。另一個重要發現是期存在的IGHV3-53抗體譜系經過累積體細胞超突變與奧密克戎(Omicron)變異株產生交叉反應性。

        綜上,團隊通過整合深度測序、生物信息和結構分析優化了特異性抗體組庫的分析方法,繪制高分辨率的新冠康復者Spike特異性抗體的人群共享圖譜,該圖譜促進了對新冠Spike特異性抗體應答機制的理解,能夠為未來的疫苗設計和評估提供重要參考。

        廣州健康院陳凌特聘研究員、熊曉犁研究員,南華大學李松教授,廣州醫科大學趙金存教授和牛學鋒副研究員為本論文共同通訊作者。廣州健康院畢業生顏奇鴻博士、張雨迪博士、侯瑞田,南華大學潘文京博士,廣州醫科大學博士研究生梁歡為本論文共同第一作者。該研究得到了國家自然科學基金、中國博士后科學基金、廣州市基礎與應用基礎研究專題項目等的資助。

             論文鏈接


      圖1 新冠刺突蛋白特異性抗體圖譜分析流程

      附件:
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